Інфрачервоне випромінювання або інфрачервоні промені, це електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між червоним кінцем видимого світла (з довжиною хвилі 0,74 мкм) і короткохвильовим радіовипромінюванням (1-2 мм). Інфрачервону область спектра відповідно до міжнародної класифікації поділяють на ближню IR-A (від 0.7 до 1.4 мкм), середню IR-B (1.4 - 3 мкм) і далеку IR-C (понад 3 мкм). Відкриття інфрачервоного випромінювання відбулося в 1800 р Англійський учений В. Гершель виявив, що в отриманому за допомогою призми в спектрі Сонця за межею червоного світла (т. Е. В невидимій частині спектра) температура термометра підвищується. Термометр, поміщений за червоною частиною сонячного спектра, показав підвищену температуру в порівнянні з контрольними термометрами, розташованими збоку.
Було доведено, що інфрачервоне випромінювання підкоряється законам оптики і, отже, має ту ж природу, що і видиме світло. У 1923 р радянський фізик А. А. Глаголєва-Аркадьева отримала радіохвилі з довжиною хвилі приблизно рівною 80 мкм, тобто відповідні інфрачервоному діапазону довжин хвиль. Таким чином, експериментально було доведено, що існує безперервний перехід від видимого випромінювання до інфрачервоного випромінювання і радіохвильовому і, отже, всі вони мають електромагнітну природу.
Спектр інфрачервоного випромінювання, так само як і спектр видимого і ультрафіолетового випромінювань, може складатися з окремих ліній, смуг або бути безперервним залежно від природи джерела інфрачервоного випромінювання. Збуджені атоми або іони випускають лінійчатих інфрачервоні спектри. Наприклад, при електричному розряді пари ртуті випускають ряд вузьких ліній в інтервалі 1,014 - 2,326 мкм, атоми водню - ряд ліній в інтервалі 0,95 - 7,40 мкм. Збуджені молекули випускають смугасті інфрачервоні спектри, обумовлені їх коливаннями і обертаннями. Коливальні і коливально-обертальні спектри розташовані головним чином в середній, а чисто обертальні - в далекої інфрачервоної області. Так, наприклад, в спектрі випромінювання газового полум'я спостерігається смуга близько 2,7 мкм, що випускається молекулами води, і смуги з довжиною хвиль 2,7 мкм і 4,2 мкм, що випускаються молекулами вуглекислого газу.
ВСЕ нагріті тверді тіла випускають безперервний інфрачервоний спектр. Це означає, що у випромінюванні присутні хвилі з усіма без винятку частотами, і говорити про випромінювання на якійсь певній хвилі, безглузде заняття. Нагріте тверде тіло випромінює в дуже широкому інтервалі довжин хвиль. При низьких температурах (нижче 4000 К) випромінювання нагрітого твердого тіла майже цілком розташоване в інфрачервоної області, і таке тіло здається темним. При підвищенні температури частка випромінювання у видимій області збільшується, і тіло спочатку здається темно-червоним, потім червоним, жовтим і, нарешті, при високих температурах (вище 5000 К) - білим; при цьому зростає як повна енергія випромінювання, так і енергія інфрачервоного випромінювання.
Властивості інфрачервоного випромінювання
Оптичні властивості речовин (прозорість, коефіцієнт віддзеркалення, коефіцієнт заломлення) в інфрачервоній області спектра, як правило, значно відрізняються від оптичних властивостей у видимій і ультрафіолетовій областях. Багато речовин, прозорих у видимій області, виявляються непрозорими в деяких областях інфрачервоного випромінювання і навпаки. Наприклад, шар води завтовшки в декілька см. Непрозорий для інфрачервоного випромінювання з довжиною хвилі> 1 мкм (тому вода часто використовується як теплозахисний фільтр), пластинки германію і кремнію, непрозорі у видимій області, прозорі в інфрачервоній (германій для> 1,8 мкм , кремній для> 1,0 мкм). Чорний папір прозорий в далекої інфрачервоної області. Речовини, прозорі для інфрачервоного випромінювання і непрозорі у видимій області, використовуються як світлофільтри для виділення інфрачервоного випромінювання. Ряд речовин навіть в товстих шарах (декілька см.) Прозорий в чималих ділянках інфрачервоного спектра. З таких речовин виготовляються різні оптичні деталі (призми, лінзи, вікна та ін.) Інфрачервоних приладів. Наприклад, скло прозоро до 2,7 мкм, кварц - до 4,0 мкм і від 100 мкм до 1000 мкм, кам'яна сіль - до 15 мкм, йодистий цезій - до 55 мкм. Поліетилен, парафін, тефлон, алмаз прозорі для довжини хвилі> 100 мкм. У більшості металів відбивна здатність для інфрачервоного випромінювання значно більше, ніж для видимого світла, і зростає зі збільшенням довжини хвилі інфрачервоного випромінювання. Наприклад, коефіцієнт відбиття Al, Au, Ag, Сі при довжині хвилі
10 мкм досягає 98%. Рідкі і тверді неметалічні речовини володіють в інфрачервоному спектрі селективним віддзеркаленням, причому положення максимумів віддзеркалення залежить від хімічного складу речовини.
Поглинання і розсіювання інфрачервоного випромінювання при проходженні через земну атмосферу, призводить до ослаблення інфрачервоного випромінювання. Азот і кисень повітря не поглинають інфрачервоне випромінювання і послаблюють його лише в результаті розсіювання, яке, однак, для інфрачервоного випромінювання значно менше, ніж для видимого світла. Пари води, вуглекислий газ, озон і інші домішки, наявні в атмосфері, селективно поглинають інфрачервоне випромінювання. Особливо сильно поглинають інфрачервоне випромінювання пари води, смуги поглинання яких розташовані майже у всій інфрачервоній області спектра, а в середній інфрачервоній області - вуглекислий газ. У приземних шарах атмосфери в середньої інфрачервоної області є лише невелике число "вікон", прозорих для інфрачервоного випромінювання.
Наявність в атмосфері зважених часток - диму, пилу, дрібних крапель води (серпанок, туман) - приводить до додаткового ослаблення інфрачервоного випромінювання в результаті розсіювання його на цих частках, причому величина розсіяння залежить від співвідношення розмірів часток і довжини хвилі інфрачервоного випромінювання. При малих розмірах частинок (повітряний серпанок) інфрачервоне випромінювання розсіюється менше, ніж видиме випромінювання (що використовується в інфрачервоній фотографії), а при великих розмірах крапель (густий туман) інфрачервоне випромінювання розсіюється так само сильно, як і видиме випромінювання. Потужним джерелом інфрачервоного випромінювання є Сонце, близько 50% випромінювання якого лежить в інфрачервоній області. Значна частка (від 70 до 80%) енергії випромінювання ламп розжарювання з вольфрамовою ниткою доводиться на інфрачервоне випромінювання.
При фотографуванні в темноті і в деяких приладах нічного спостереження, лампи для підсвічування забезпечуються інфрачервоним світлофільтром, який пропускає тільки інфрачервоне випромінювання. Потужним джерелом інфрачервоного випромінювання є вугільна електрична дуга з температурою
3900 До, випромінювання якої близько до випромінювання чорного тіла, а також різні газорозрядні лампи (імпульсні і безперервного горіння). Для радіаційного обігріву приміщень застосовують спіралі з ніхромового дроту, що нагріваються до температури
950 К. Для кращій концентрації інфрачервоного випромінювання, такі нагрівачі забезпечуються рефлекторами. У наукових дослідженнях, наприклад, при отриманні спектрів інфрачервоного поглинання в різних областях спектру застосовують спеціальні джерела інфрачервоного випромінювання: стрічкові вольфрамові лампи, штифт Нернста, глобар, ртутні лампи високого тиску і інші. Випромінювання деяких оптичних квантових генераторів - лазерів, також лежить в інфрачервоній області спектра; наприклад, випромінювання лазера на неодімовим склі має довжину хвилі 1,06 мкм, лазера на суміші неону і гелію - 1,15 мкм і 3,39 мкм, лазера на вуглекислому газі - 10,6 мкм, напівпровідникового лазера на InSb - 5 мкм і ін.